Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута
Полезная модель направлена на повышение однородность водомазутной эмульсии, и ее устойчивость к расслоению.
Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус, штуцеры для ввода воды и мазута и тела кавитации. Корпус выполненный из нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, тела кавитации выполнены из пластин с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида, и расположены внутри цилиндрического корпуса скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру.
Полезная модель относится к котельной техники для приготовления водомазутной эмульсии для последующего сжигания в топочных устройствах.
Проблема заключается в том, что разогрев мазута открытым (острым) паром является пока наиболее распространенным способом, используемым при выгрузке высоковязких мазутов из железнодорожных цистерн для его последующего сжигания в котельных. Использование этого способа выгрузки мазута из железнодорожных цистерн приводит к образованию конденсата, который образует в свою очередь линзовые скопления воды, доходящей иногда до 15-20% от объема мазута и, как следствие, к нарушению режима горения мазута, так как в процессе эксплуатации имеют место пульсации газов в топке, вибрации, погасания факела. Использование для сжигания обводненного мазута в виде водомазутной эмульсии с равномерно распределенной влагой в мазуте в виде мельчайших капелек по всему его объему, позволяет обеспечить стабильность его сжигания, а также существенно снизить вредные выбросы сажистых частиц, оксидов азота и оксида углерода в продуктах сгорания. Поэтому необходима подготовка обводненного топлива к сжиганию, заключающаяся в превращении неравномерно обводненного топлива в эмульсию.
В настоящее время известны устройства для подготовки к сжиганию обводненного топлива.
Известно устройство для приготовления эмульсии (Патент 2241529 РФ, МПК7 B01F 3/08. Устройство для приготовления эмульсий. / В.Д.Катин, И.В.Вольхин (РФ); ДВГУПС (РФ). - 
2003112383/15; Заявлено 25.04.2003; Опубл. 10.12.2004, Бюл. 34. - 6 с.: 1 ил.).
Устройство содержит бак для приготовления эмульсии, оборудованный паровой рубашкой и снабженный механической мешалкой, дозирующую емкость, оборудованную, как и бак для приготовления эмульсии, паровой рубашкой для улучшения физических параметров топлива, трубопровод, по которому топливо поступает в дозирующую емкость, центробежный насос, блок эмульгаторов, нагнетательный и всасывающий трубопроводы. К нагнетательному и всасывающему трубопроводам подсоединены бак для приготовления эмульсии, дозирующая емкость, оборудованные реле уровня, воздушником и термореле, электродвигателем, датчиком обогрева и дозатором, контролирующим расход топлива из дозирующей емкости, трубопроводом, запорной арматурой, установленной на трубопроводе и гибким шлангом для подачи обводненного топлива на перемешивание.
Устройство работает следующим образом.
Обводненное топливо подается по гибкому шлангу и трубопроводу с помощью центробежного насоса в блок эмульгаторов, где приготавливается водомазутная эмульсия. Затем из блока эмульгаторов предварительно приготовленная водомазутная эмульсия поступает в бак для приготовления эмульсии. При заполнении его до 80%, уровень которого контролируется реле, прекращают подачу топлива. От источника теплоснабжения в паровую рубашку подают пар, включают электродвигатель механической мешалки и предварительно подготовленная водомазутная эмульсия перемешивается. Затем с помощью центробежного насоса дозирующую емкость заполняют топливом, количество дозируемого топлива при этом контролируется реле уровня. После заполнения дозирующей емкости включают ее обогрев. Температура в баке для приготовления эмульсии и дозирующей емкости контролируется и поддерживается с помощью термореле и датчика, что значительно повышает эффективность ее сжигания в котельных агрегатах. Эмульгируемое топливо многократно перекачивается центробежным насосом из бака для приготовления эмульсии по всасывающему и нагнетательному трубопроводам через блок эмульгаторов.
Устройство для приготовления эмульсии позволяет получить водомазутную эмульсию с дисперсными частицами необходимого размера, что позволяет при ее сжигании в котельной получить эффект "микровзрыва" этих частиц.
К недостаткам устройства следует отнести неоднородность подготовленной водомазутной эмульсии, которая в дальнейшем приводит к расслоению эмульсии. Это обусловлено тем, что перемешивание водомазутной эмульсии в баке для ее приготовления осуществляется механической мешалкой и отсутствует возможность изменения количества воды, подаваемой на смешение. В результате этого получаемая водомазутная эмульсия является неоднородной и при хранении подвержена расслаиванию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута [Патент 2044960 РФ, МПК F23K 5/00 (2006.01). Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута / В.И.Кормилицын, М.Г.Лысков, В.М.Марченко, Л.К.Хохлов, У.Г.Пирумов; В.И.Кормилицын (РФ). - 5063109; Заявлено 25.09.92; Опубл. 27.09.95, Бюл. 27].
Устройство содержит корпус, выполненный из нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами и расположенных под углом 30-120° друг к другу, штуцеры для ввода мазута, водяного пара и воды, установленные на гибе. Внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации выполненные виде цилиндров и расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара.
Устройство работает следующим образом.
Мазут от мазутопровода, через штуцер для ввода мазута, подается в корпус устройства. Одновременно через штуцеры для ввода водяного пара и воды в корпус подается требуемые количества воды и водяного пара. Перемешивание мазута с водой и приготовление водомазутной эмульсии требуемого качества происходит в процессе соприкосновения (соударения) потоков мазута, пара и воды и благодаря дополнительной турбулизации потока при его поворотах и кавитационных явлений за цилиндрами. Перед каждым последующим участком корпуса вводится дополнительное количество пара, что способствует достижению требуемого подогрева и снижению вязкости водомазутной эмульсии. Регулирование влажности эмульсии производится изменением расходов воды и пара.
Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута позволяет получить высококачественную водомазутную эмульсию с регулированием ее температуры, влажности, дисперсности, вязкости, повышает эффективность сжигания мазута, снижает выход высокотоксичных вредных газов (оксидов азота, бенз(а)пирена) и приводит к созданию бессточных технологий.
К недостаткам устройства следует отнести неоднородность подготовленной водомазутной эмульсии, которая приводит к расслоению эмульсии. Это обусловлено тем, что при обтекании цилиндров водомазутной смесью за цилиндрическим телом образуется зона локального снижения давления и создается эффект кавитации, заключающемся в быстром образовании и разрушении миллионов мельчайших пузырьков воздуха в смеси мазута и воды, в результате чего смесь интенсивно перемешивается, затем по мере движения смеси из зоны низкого давления за цилиндрическим телом в зону повышенного давления интенсивность перемешивания и скорость движения смеси значительно уменьшается, смесь получается неоднородной. В связи с этим для ускорения продвижения смеси по корпусу необходима дополнительная подача пара через штуцеры перед каждым прямолинейным участком. Однако введение пара создает повышенное конденсатообразование, которое приводит к дополнительной обводненности смеси.
Задача полезной модели заключается в создании устройства для подготовки к сжиганию обводненного мазута, повышающего однородность водомазутной эмульсии, и ее устойчивость к расслоению.
Для решения поставленной задачи в устройстве для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащем корпус, выполненный из нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, штуцеры для ввода воды и мазута и тела кавитации, расположенные внутри цилиндрического корпуса скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру, тела кавитации выполнены из пластин с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида.
Признаком, отличающим заявляемое решение от прототипа, является: выполнение тел кавитации из пластин с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида.
Благодаря отличительному признаку повышается однородность водомазутной эмульсии, а, следовательно, и ее устойчивость к расслоению
Это обусловлено тем, что перемешивание мазута с водой и приготовление водомазутной эмульсии требуемого качества происходит в процессе соприкосновения (соударения) потоков мазута и воды с телами кавитации, выполненными из пластин с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида.
В результате соударения с изогнутыми поверхностями пластин, смесь мазута и воды интенсивно завихряется по ходу его движения в корпусе устройства в струю, создающую кольцевой вихревой поток, что обеспечивает центростремительное перемещение смеси и ее интенсивное перемешивание.
Вихревое перемешивание имеет устойчивый и постоянный режим в отличие от кавитации за телами в виде цилиндров. Интенсивно перемешанная смесь, после прохождения тел кавитации в виде пластин с изогнутыми боковыми поверхностями на выходе из устройства представляет собой однородную устойчивую к расслоению водомазутную эмульсию.
На фиг.1 показан общий вид устройства для подготовки к сжиганию обводненного мазута.
На фиг.2 разрез 1-1 на фиг.1, на фиг.3 разрез 2-2 на фиг.1.
Устройство содержит корпус 1, состоящий из нескольких цилиндрических прямолинейных участков 2, последовательно соединенных гибами 3, тела кавитации 4, штуцер 5 для ввода мазута, штуцер 6 для ввода воды.
Тела кавитации представляют собой пластины с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида и установлены от торцом прямолинейных участков и между собой на расстоянии 50 мм.
Прямой геликоид образуется движением прямолинейной образующей по двум направляющим: винтовой линии и ее оси. При этом образующая пересекает винтовую ось под прямым углом.
Устройство работает следующим образом.
Вначале устройство размещают в пространстве дымохода котельной установки, где за счет горячих отходящих газов происходит нагрев корпуса.
Затем в корпус 1 через штуцер 5 подают мазут, а через штуцер 6 требуемое количество воды. Мазут, попадая в нагретый корпус 1 разогревается, в результате чего уменьшается его вязкость. Продвигаясь по корпусу мазут, смешивается с водой и эта смесь поступает далее к телам кавитации 4.
Перемешивание мазута с водой и приготовление водомазутной эмульсии требуемого качества происходит в процессе соприкосновения потоков мазута и воды с телами кавитации 4 представляющими собой пластины с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида. Поток мазута и воды при соударении с телами кавитации 4 завихряется в струю, создающую кольцевой вихревой поток, который обеспечивает центростремительное перемещение смеси. Турбулизация потока при вихревых явлениях за телами кавитации 4 способствует интенсивное перемешивание смеси мазута и воды. Интенсивно перемешанная смесь, после прохождения тел кавитации, на выходе из устройства представляет собой однородную устойчивую к расслоению водомазутную эмульсию.
Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус, выполненный из нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, штуцеры для ввода воды и мазута, тела кавитации, расположенные внутри цилиндрического корпуса скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру, отличающееся тем, что тела кавитации выполнены из пластин с изогнутой поверхностью в виде прямого геликоида.
